CN1682071A - 均匀光照源的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进对物体光照的光源，该物体包括非无效的双向反射率分布函数，并包括标定的照明角。一种两维的光源按与标定角互补的角度放置，使物体按它的标定照明角被照明。

Description

均匀光照源的方法和设备

技术领域

本发明涉及物体的照明。

背景技术

物体反射光的方式，可以从完全的漫反射，本领域亦称Lambert(朗伯)反射(源自Lambert)，变化到完全的镜反射(源自speculum，即反射镜)。

如果物体本性上基本是Lambert反射的，即其表面反射光的效率基本与角度无关，那么这种物体的照明相对地简单。在这种情形下，物体像的均匀性仅依赖于入射照明的均匀性及强度。Lambert反射的物体的例子是纸，它适合用单个点状光源照明。

如果物体基本是镜反射体，且要求亮场照明，那么观察者可以直接看见光源。这一点通过把照相机放在与光源的斜角相同的斜角，使镜反射物体的反射角与入射角互补，就可以实现。在这种情形下，光源本身必须具有Lambert发射体的特征，且必须包围投射的视场。

在基本漫反射的Lambert反射体与基本镜反射的物体之间，存在很多物体种类，它们的表面既不是基本Lambert反射的，也不是基本镜反射的。对这些物体，从光源向观察者或检测装置反射的光量，与入射照明的强度及入射角两者有关。

U.S.Patent No.5,822,053，标题为“Machine Vision Light Sourcewith Improved Optical Efficiency”，授予Thrailkill的专利，说明一种装置，该装置使用发光二极管(LED)构建的照明系统，入射于给定面积上的强度基本是均匀的。Thrailkill的发明没有考虑所述照明在入射角上的均匀性。

于是产生提供一种改进的照明装置的需求，该装置更精确地照明受检查的物体。

发明内容

本发明提供一种用于照明物体的方法，本方法包括，确定对该物体的标定照明角，和把光源放置在与物体标定照明角互补的角度。

本发明还提供一种供制造业的检查系统使用的光源。该光源照明的物体，有非无效的双向反射率分布函数，并包括标定的照明角。该光源包括多个分立的光源，这些光源按两维排列，并按与标定照明角互补的角度放置。

本发明还提供一种供检查半导体装置使用的装置。这些半导体装置包括非无效的双向反射率分布函数，并包括标定的照明角。该检查装置有检测单元和透镜构造。一个两维的光源按与标定照明角度互补的角度放置。

附图说明

图1按照现有技术，画出照明装置的截面。

图2是流程图，说明本发明的方法。

图3按照本发明，画出照明装置的截面。

图4按照本发明第一优选实施例，画出角度照明装置的分解图。

图5按照本发明第二优选实施例，画出角度照明装置的分解图。

本文的说明将参考附图给出，附图中，各图全用相同的参考数字表示相同的部件。

具体实施方式

本发明的目的，是向被观察的物体提供更均匀的照明，以便检查。因为非均匀的光照可能在待观察物体中产生非均匀性的误差，所以均匀的光照对观察是重要的。同样，光照中的非均匀性，可能掩盖物体中的非均匀性，而物体中该非均匀性可能是一缺陷。与现有技术不同，本发明提供基本恒定的物体照明角度，与物体的位置无关。因此，本发明能对有非无效双向反射率分布函数(BRDF)(即，有些地方是在Lambert反射与镜反射之间)的物体，提供有效的照明。

通常，虽然本发明不受此限制，本发明的照明装置，将用于已制造部件的自动化特征描述和/或检查。这些制造的部件包括半导体。各类半导体可以有非无效的双向反射率分布函数，因而存在从Lambert反射到镜反射各种照明性质。已经充分了解到，精确检查某些制造的部件，如半导体所需的时间是有限的，任何误差都会降低总体生产率的效率。本发明降低与照明有关的观察中的误差，从而促进制造过程的总体效率。

现在参考图1，图上画出现有技术的照明装置。具体说，图上一般画出成像装置10，它包括检测单元12、透镜13、和环形照明器14。环形照明器包括LED环15，这些LED对称地对准物体16。来自LED15的光通量15′，以从法线测量的、随物体16位置而不同的锐角17和18，入射在物体16上。与现有技术提供可变的照明角度相比，本发明提供的是基本恒定的照明角度。

现在参考图2，图上画出的流程图，说明按照本发明构成光照系统的方法的基本方面。在步骤20，用户首先选择物体的视场。该视场最好能照亮整个物体，但应当指出，该视场可以小些，例如它可以照亮半个物体。在步骤22，对被成像的特定物体，选择标定的照明角。标定的照明角是照明的角度，在本例中，是从垂直于物体的平面测量，该角度能最有效地照明被考虑的物体。应当指出，标定的照明角将随被成像物体的质量而变化。

标定的照明角可以由经验确定，以提供优良的照明效果；也可以从物体、光源、和检测设备的数学模型确定；或者，它可以由照明系统的可用空间而限于特定的标定值。经验的确定涉及在物体上反复试验，以确定最佳的照明角。数学方法的例子如Monte Carlo光线跟踪。Monte Carlo光线跟踪包括使用建立Monte Carlo光线跟踪的随机变量软件包。能实现这种数学模型的软件包例子，由Littleton的LambdaResearch公司以Trace Pro名义出售。

继续参考图2，在步骤24，向标定照明角投射最大尺寸的视场(如果视场是方形的，例如是对角线)，该照明角给出光源的深度。这一步确保在构成光时，光可以照亮指定的视场。具体说，光源要有足够的尺寸，且有足够的表面面积来照明物体上选定的面积。因此，光源是两维的，且光源必须是两维的总的原因，是用于确定与标定照明角互补的角度的深度。在步骤26，按与标定照明角互补的角度，放置光源。以此方式放置光源，可以确保物体上每一点，都按基本与标定照明角相同的角度照明。

现在参考图3，图上按照本发明画出照明和成像装置34的示意图。成像装置34包括检测单元32、透镜构造36、和光源38。检测单元32和透镜构造35可以包括任何常规的或非常规的结构。例如，透镜构造36可以有光线的发散组成部分，也可以是远心的。

光源38放在能以基本相同的角度，如44和46所示的角度，照明物体16所有点的位置。如图上从分立的光源48发出的光线或光通量42所示，这些入射物体16上的光线或光通量，全都以基本相同的角度44、46入射物体16上，与测量该角度时所在位置无关。因此，在近端测量的角度，即角度44，和在远端测量的角度，即角度46，是相同的。在物体表面以相同入射角度提供光照，可以改进对任何角度都镜反射的物体的光照。

继续参考图3，光源38最好对称地对准物体16。对称的对准是指，光源38以相对于垂直成角度47放置，其中角度47与标定角度44、46互补。

如在图3中所示，构建光源38，使之照亮投射的尺寸并环绕物体。应当指出，可以构建不整个地照亮投射尺寸的照明装置。照亮物体的投射尺寸，应当理解为光源38有足够的表面面积。光源38可以是圆对称的、两重对称的、四重对称的、或任何其他最适合于物体及可用空间的配置。但是，应当指出，最一般的情形是圆对称。

现在参考图3-5，光源38包括一般记为40的发射体。发射体40可以是任何广泛种类之一。例如，一种发射体可以是用诸如电致发光表面构建的发射体，或者是聚合物发光二极管表面形成的发射体。在第一优选实施例中，发射体40可以由多个更小的分立的光源48制成。分立的光源48最好是预封装的LED。

现在专门参考图4，分立的光源48，最好是预封装的LED，放在圆锥50的柔性印刷电路板上。圆锥50有完全的对称性及足够照亮物体16指定部分的深度d。现在参考图5，把多个分立的光源48粘贴成阵列，预封装在刚性的印刷电路板52上，图上作为两重对称性画出。刚性电路板53有深度d和宽度w，足以照亮物体16的指定部分。应当指出，粘贴的光源52可以排列成任何几何形状。

虽然已经结合目前认为最实际和优选的实施例，说明了本发明，但是应当指出，本发明不受公开的实施例的限制。

Claims (11)

1.一种照明物体的方法，本方法包括：

确定物体的标定照明角；

按与物体的标定照明角互补的角度，放置光源。

2.按照权利要求1的方法，其中的标定照明角，是在经验上确定的。

3.按照权利要求1的方法，其中的标定照明角，是在数学上确定的。

4.按照权利要求1的方法，其中的光源放在照亮小于整个物体的位置。

5.一种供制造业的检查系统使用的光源，该光源用于照明物体，其中的物体有非无效的双向反射率分布函数，并包括标定的照明角，该光源包括：

多个分立的光源，按两维排列，并按与物体的标定照明角互补的角度放置。

6.按照权利要求5的光源，其中的分立光源是LED。

7.按照权利要求6的光源，其中的LED安装在柔性印刷电路板上，且该电路板呈圆锥形，以便按与标定角互补的角度放置圆锥表面。

8.按照权利要求6的光源，其中的LED安装在至少两块刚性电路板上，这些电路板围绕物体，按与标定角互补的角度对称地放置。

9.一种供检查半导体装置使用的装置，该半导体装置包括非无效的双向反射率分布函数，并包括标定的照明角，本装置包括检测单元和透镜构造，该改进包括：

按与标定照明角互补的角度放置的两维光源。

10.按照权利要求9的装置，其中的光源是两维的LED集合。

11.按照权利要求10的装置，其中的LED集合排列成圆锥。

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